JP2008163803A - Centrifugal compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載されるエンジンに組み付けられるターボチャージャ等に用いられる遠心圧縮機に関する。 The present invention relates to a centrifugal compressor used for a turbocharger or the like assembled in an engine mounted on a vehicle.
従来、加圧して密度を上げた空気を燃料と混合し、燃焼させることによってエンジンの出力を向上させるターボチャージャが実用化されており、このようなターボチャージャは遠心圧縮機を備えている。 Conventionally, a turbocharger that improves the output of an engine by mixing pressurized air with increased density with fuel and burning it has been put into practical use, and such a turbocharger includes a centrifugal compressor.
このような遠心圧縮機は、基本的な構造として、ハウジング内にタービンによって駆動されるインペラ(羽根車)、このインペラの周囲に形成されたディフューザ、さらにこのディフューザの外周側に周状に形成されたスクロール室を備えている。
ところで、車両に搭載されるエンジンに用いられる遠心圧縮機、すなわち、ターボチャージャにおける吸気コンプレッサにあっては小流量から大流量に亘って使用されるが、小流量側の高効率化と大流量側の効率維持の要求を同時に満たすことは困難となっていた。このような流量特性に対応して全域に亘って高効率な過給を実現すべく、例えば、特許文献1のような提案がされている。特許文献1には、ベーンレスディフューザ部壁面とスクロール室壁面夫々の一部を形成するリング状の板バネ状部材を設け、該板バネ状部材の内径端部を固定端とすると共に、外径端部を自由端部として構成し、該自由端部側の移動による固定端部側の変形により前記ベーンレスディフューザ部内流路径を可変するように構成する一方、前記自由端部をスクロール室内流路径を可変とするように移動可能な可動壁部材に連結して、該可動壁部材と板バネ状部材とを連動させると共に、該可動壁部材を動作させるアクチュエータを設けた構成が開示されている。
Such a centrifugal compressor has, as a basic structure, an impeller (impeller) driven by a turbine in a housing, a diffuser formed around the impeller, and a circumferential shape on the outer peripheral side of the diffuser. It has a scroll room.
By the way, a centrifugal compressor used for an engine mounted on a vehicle, that is, an intake compressor in a turbocharger, is used from a small flow rate to a large flow rate. It has been difficult to simultaneously satisfy the requirements for maintaining efficiency. In order to realize high-efficiency supercharging over the entire area corresponding to such flow rate characteristics, for example, a proposal as in
特許文献1で開示された構成は、ベーンレスディフューザ部内流路径及びスクロール室両者の流路径の拡大による大流量域の圧力比(出口圧力/入口圧力)、効率の向上、さらに、前記両流路径の縮小による小流量域の効率の向上を目的としている。
The configuration disclosed in
しかしながら、特許文献1に開示された構成は、周状に形成されたスクロール室の全域に亘る装置となり、その構成は複雑なものとなる。
However, the configuration disclosed in
そこで、本発明は、高い圧力比を得ることができ、小流量域から大流量域の全域に亘って効率のよい過給を実現することのできる遠心圧縮機を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the centrifugal compressor which can obtain a high pressure ratio and can implement | achieve efficient supercharging over the whole region from a small flow volume range to a large flow volume range.
かかる課題を達成するための、本発明の遠心圧縮機は、スクロール室の巻き始め部と巻き終わり部との連通状態を変化させる可動壁を設けたことを特徴とする(請求項1)。また、スクロール室の巻き始め部と巻き終わり部とが合流する舌部に前記巻き始め部と前記巻き終わり部との連通状態を変化させる可動壁を設けたことを特徴とする(請求項2)。スクロール室はディフューザの周囲に周状に形成されており、巻き始め部の流路径は小径(流路面積小)、巻き終わり部の流路径は大径(流路面積大)となっている。すなわち、スクロール室は巻き始め部から巻き終わり部に向かって流路径が徐々に拡大している。そして、巻き始め部から一周した巻き終わり部では巻き始め部と巻き終わり部とが合流して連通しており、当該箇所にいわゆる舌部が形成されている。このように舌部において巻き始め部と巻き終わり部とが連通しているとスクロール室内で空気の再循環が生じる。このスクロール室内における空気の再循環は過給の効率低下を招くことがあると考えられる。そこで、本発明は、スクロール室の巻き始め部と巻き終わり部との連通状態を変化させる可動壁を設け、各流量域において過給の効率を向上させている。 In order to achieve the above object, the centrifugal compressor of the present invention is characterized in that a movable wall is provided for changing the communication state between the winding start portion and the winding end portion of the scroll chamber (claim 1). In addition, a movable wall for changing a communication state between the winding start portion and the winding end portion is provided at a tongue portion where the winding start portion and the winding end portion of the scroll chamber merge (claim 2). . The scroll chamber is formed in a circumferential shape around the diffuser. The flow path diameter at the winding start portion is small (the flow path area is small), and the flow passage diameter at the winding end portion is large (the flow path area is large). That is, the flow path diameter of the scroll chamber gradually increases from the winding start portion to the winding end portion. The winding start portion and the winding end portion are joined and communicated with each other at the winding end portion that makes a round from the winding start portion, and a so-called tongue portion is formed at the portion. When the winding start portion and the winding end portion communicate with each other in the tongue portion, air is recirculated in the scroll chamber. It is considered that the recirculation of air in the scroll chamber may cause a reduction in supercharging efficiency. Therefore, the present invention is provided with a movable wall that changes the communication state between the winding start portion and the winding end portion of the scroll chamber, thereby improving the supercharging efficiency in each flow rate region.
このような遠心圧縮機では、前記可動壁は小流量域において前記スクロール室側に迫り出し、前記巻き始め部と前記巻き終わり部との連通を遮断する構成とすることができる(請求項3)。スクロール室内における空気の再循環に起因する過給の効率低下は、再循環流の割合が高くなる小流量域において特に顕著であると考えられる。そこで、小流量域において前記巻き始め部と前記巻き終わり部との連通を遮断することにより、小流量域における効率的な過給を実現することができる。 In such a centrifugal compressor, the movable wall protrudes toward the scroll chamber side in a small flow rate region, and the communication between the winding start portion and the winding end portion can be blocked (Claim 3). . It is considered that the reduction in supercharging efficiency due to the air recirculation in the scroll chamber is particularly remarkable in a small flow rate region where the recirculation flow rate is high. Therefore, by blocking communication between the winding start portion and the winding end portion in the small flow rate region, efficient supercharging in the small flow rate region can be realized.
このような遠心圧縮機では、前記可動壁は前記スクロール室側へ付勢する弾性体を備えた構成とすることができる(請求項4)。スクロール室内の圧力に応じて可動壁がスクロール室へ出没する構成である。 In such a centrifugal compressor, the movable wall may be configured to include an elastic body that biases toward the scroll chamber side. The movable wall appears and disappears in the scroll chamber according to the pressure in the scroll chamber.
さらに、このような遠心圧縮機では、前記可動壁の前記スクロール室へ出没させるアクチュエータと、当該アクチュエータの制御部とを備えた構成とすることができる(請求項5)。遠心圧縮機の回転数等、遠心圧縮機の状態に応じて可動壁がスクロール室へ出没する構成である。このような構成とすることによりスクロール室の巻き始め部と巻き終わり部との連通状態を制御して過給の向上を図ることができる。 Furthermore, such a centrifugal compressor can be configured to include an actuator that moves the movable wall into and out of the scroll chamber and a control unit for the actuator. The movable wall protrudes and appears in the scroll chamber according to the state of the centrifugal compressor, such as the rotational speed of the centrifugal compressor. With such a configuration, the supercharging can be improved by controlling the communication state between the winding start portion and the winding end portion of the scroll chamber.
本発明によれば、遠心圧縮機のスクロール室の巻き始め部と巻き終わり部との連通状態を変化させる可動壁を設けたので、遠心圧縮機の小流量域から大流量域の全域に亘って効率のよい過給を実現することができる。 According to the present invention, since the movable wall that changes the communication state between the winding start portion and the winding end portion of the scroll chamber of the centrifugal compressor is provided, the centrifugal compressor extends from the small flow rate region to the large flow rate region. Efficient supercharging can be realized.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本実施例の過給コンプレッサ1の舌部6周辺を断面として示した説明図である。また、図2(a)、(b)は、いずれも過給コンプレッサ1を回転軸方向から見た図であり、スクロール室5の配置及び形状を示す説明図である。過給コンプレッサ1は、車両に搭載されるターボチャージャを形成するものであり、本発明の遠心圧縮機に相当する。過給コンプレッサ1は、ハウジング2内にインペラ3が内蔵されている。このインペラ3の外周側にディフューザ4が形成されている。さらに、このディフューザ4の周囲にスクロール室5が形成されている。スクロール室5は、周状に形成されており、図2(a)、(b)に示すように流路径が小径である巻き始め部10と、流路径が大径である巻き終わり部11が形成されている。このような巻き始め部10と巻き終わり部11とは合流して連通しており、当該箇所にいわゆる舌部6を形成している。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the periphery of the
ハウジング2の舌部6には、舌部6の閉塞を行う可動壁8が収納される収納部7が形成されている。この収納部7には可動壁8とともに可動部8の背面側に配置されたスプリング9が収納されている。このスプリング9は、本発明における弾性体に相当するもので、可動壁8をスクロール室5側へ押し出すように付勢するものである。このスプリング9のバネ力(反発力)は、過給コンプレッサ1の諸元に応じて設定されている。すなわち、小流量域でスクロール室5内の圧力が低いときには可動壁8を押し出した状態として巻き始め部10と巻き終わり部11との連通を遮断し、大流量域でスクロール室5内の圧力が高いときには可動壁8が収納部7内への押し込まれた状態として巻き始め部10と巻き終わり部11とを連通させるようなバネ力を有するように設定されている。
The
次に以上のように構成される過給コンプレッサ1の動作について説明する。まず、低流量域での運転で、スクロール室5内の圧力が低い状態のときは、スプリング9によってスクロール室5側へ迫り出した状態の可動壁8によって図2(a)に示すように巻き始め部10と巻き終わり部11との連通は遮断されている。このため、スクロール室5内を流通する空気は、スクロール室5内を再循環することなく矢示12で示すように外部へ排出されていく。これにより、再循環によるロスを回避して、小流量域で過給を効率よく行うことができる。
Next, the operation of the
一方、大流量域での運転で、スクロール室5内の圧力が高い状態のときは、可動壁8はスクロール室5内の高い圧力を受け、収納部7側へ押し付けられる。この押し付ける力がスプリング9のバネ力を上回ると、可動壁8は移動し始め、図2(b)に示すように巻き始め部10と巻き終わり部11とを連通させる。このため、スクロール室5内を流通する空気の一部は、矢示12で示す流れから分岐して矢示13で示すようにスクロール室5内を再循環する。これにより高い圧力比を得ることができ、大流量域で過給を効率よく行うことができる。
On the other hand, when the pressure in the
次に本発明の実施例2について説明する。図3は、本実施例の過給コンプレッサ20の舌部6周辺を断面として示した説明図である。また、図4は、過給コンプレッサ20を備えたターボチャージャが組み込まれたエンジンの主要な構成要素を示したブロック図である。過給コンプレッサ20の上流には過給コンプレッサ20に流入する空気量を測定するエアフロメータ23が備えられており、下流にはインタークーラ24が配置されている。過給コンプレッサ20によって加給された空気はインタークーラ24に供給されて冷却され、その後、エンジン本体25に送り込まれる。エンジン本体25から排出された排気ガスはタービン(図中、T)へ供給されてターボチャージャをさらに回転させる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is an explanatory view showing the periphery of the
このような過給コンプレッサ20が実施例1の過給コンプレッサ1と異なる点は、実施例1の過給コンプレッサ1の可動壁8がスプリング9によって付勢され、スクロール室5側への出没が実現されていたのに対し、過給コンプレッサ20では、モータ21によって駆動されるアクチュエータによって出没が実現されている点である。モータ21は、ECU(Electronic control unit)22によってその駆動が制御されている。このECU22は、本発明における制御部に相当するものである。なお、他の構成は実施例1の場合と同一であるので、共通する構成要素については図面中同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。
Such a
ECU22は、エアフロメータ23からの情報と、過給コンプレッサ20の回転数、さらに、図5に示した流量−圧力比特性図から予め求められた流量aとを参照し、モータ21の駆動制御を行う。なお、図5に示した流量−圧力比特性図は過給コンプレッサ20の仕様毎に決定されるものであり、この流量−圧力比特性図に基づいて組まれたプログラムがECU22内に記憶されており、ECU22はこのプログラムに従ってモータ21の駆動制御を行う。
The
過給コンプレッサ20の流量がaよりも少ないときは、モータ21の駆動によってスクロール室5側へ迫り出した状態の可動壁8によって図2(a)に示すように巻き始め部10と巻き終わり部11との連通は遮断されている。このため、スクロール室5内を流通する空気は、スクロール室5内を再循環することなく矢示12で示すように外部へ排出されていく。これにより、再循環によるロスを回避して、小流量域で過給を効率よく行うことができる。
When the flow rate of the
一方、過給コンプレッサ20の流量がaよりも少ないときは、モータ21の駆動によって可動壁8は、収納部7へ収納され、図2(b)に示すように巻き始め部10と巻き終わり部11とを連通させる。このため、スクロール室5内を流通する空気の一部は、矢示12で示す流れから分岐して矢示13で示すようにスクロール室5内を再循環する。これにより高い圧力比を得ることができ、大流量域で過給を効率よく行うことができる。
On the other hand, when the flow rate of the
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、実施例1におけるスプリング9に代えて他の弾性体を備えた構成とすることができる。また、実施例2におけるアクチュエータはモータ21によって駆動されているが、他の動力を用いることもできる。
The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope. For example, it can be set as the structure provided instead of the
1、20 過給コンプレッサ
2 ハウジング
3 インペラ
4 ディフューザ
5 スクロール室
6 舌部
7 収納部
8 可動壁
9 スプリング
10 巻き始め部
11 巻き終わり部
21 モータ
22 ECU
23 エアフロメータ
24 インタークーラ
25 エンジン本体
DESCRIPTION OF
23 Air flow
Claims (5)
前記可動壁は小流量域において前記スクロール室側に迫り出し、前記巻き始め部と前記巻き終わり部との連通を遮断することを特徴とした遠心圧縮機。 The centrifugal compressor according to claim 1 or 2,
The centrifugal compressor is characterized in that the movable wall protrudes toward the scroll chamber side in a small flow rate region and blocks communication between the winding start portion and the winding end portion.
前記可動壁は前記スクロール室側へ付勢する弾性体を備えたことを特徴とした遠心圧縮機。 The centrifugal compressor according to claim 1 or 2,
The centrifugal compressor according to claim 1, wherein the movable wall includes an elastic body biasing toward the scroll chamber.
前記可動壁の前記スクロール室へ出没させるアクチュエータと、
当該アクチュエータの制御部と、
を備えたことを特徴とした遠心圧縮機。 The centrifugal compressor according to claim 1 or 2,
An actuator that moves into and out of the scroll chamber of the movable wall;
A control unit of the actuator;
A centrifugal compressor characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006352763A JP2008163803A (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Centrifugal compressor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006352763A JP2008163803A (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Centrifugal compressor |
Publications (1)
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JP2008163803A true JP2008163803A (en) | 2008-07-17 |
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ID=39693608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006352763A Pending JP2008163803A (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Centrifugal compressor |
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JP (1) | JP2008163803A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104813036A (en) * | 2012-11-15 | 2015-07-29 | 三菱重工业株式会社 | Centrifugal compressor |
WO2018003632A1 (en) * | 2016-07-01 | 2018-01-04 | 株式会社Ihi | Centrifugal compressor |
-
2006
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